Определение запыленности воздуха производственных

Федеральное агентство по образованию РФ
Томский политехнический университет
____________________________________________________________________
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАПЫЛЕННОСТИ ВОЗДУХА
В РАБОЧИХ ПОМЕЩЕНИЯХ
Методические указания по выполнению лабораторной работы
по дисциплине «Основы радиационной безопасности и промышленной экологии»
для студентов специальностей:
240601 (250900) – «Химическая технология материалов современной энергетики»,
240603 (251700) – «Химическая технология редких элементов и материалов на их основе»
Томск 2004
УДК 658.345
Исследование запыленности воздуха в рабочих помещениях: Метод. указ. По выполнению
лаб. работ по дисциплине «Основы радиационной безопасности и промышленной экологии»
для студентов спец. 240601 (250900), 240603 (251700). – Томск: Изд-во ТПУ, 2004 г. – 10 с.
Составители: доцент, к.т.н. В.Ф. Усов
ассистент, к.х.н. Н.Б. Егоров
Рецензент: доцент, к.т.н. Н.С. Тураев
Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим
семинаром кафедры ХТРЭ ФТФ «25» мая 2004 г.
2
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
Исследование запыленности воздуха в рабочих помещениях
Цель работы: Ознакомление со свойствами пыли, ее влиянием на организм человека,
изучение методик, используемых для исследования запыленности воздуха.
Задание: Определить концентрацию пыли в пылевой камере весовым методом. Дать
санитарно-гигиеническую оценку степени запыленности воздуха.
ВВЕДЕНИЕ
Производственной пылью называются тонко диспергированные частицы
твердых веществ, образ ующихся при различных производственных процессах
и способных более или менее длительное время находится в о взвешенном
состоянии в воздухе.
Дисперсионную систему взвешенных в воздухе частиц пыли называют пылевым
аэрозолем, а осевшую пыль - аэрогелем.
Пыль образуется при механическом дроблении, измельчении и истирании твердых
материалов, а также вследствие конденсации газо- и парообразных веществ, образующихся в
процессе горения, плавления, перегонки и т.д.
Поэтому борьба с пылью на производстве является одной из важнейших задач охраны
труда, т.к. воздействию пыли может подвергаться большое число работающих.
Значительное содержание пыли в воздухе нежелательно со многих точек зрения:
- вредное воздействие на организм человека;
- пыль является производственной опасностью, т.к. пыль ряда веществ не только
пожаро-, но и взрывоопасна;
- ускоряет износ оборудования, снижает производительность труда;
- может быть причиной загрязнения окружающей среды.
По происхождению пыль делят на органическ ую, неорганическ ую
(металлическ ую и минеральн ую) и смешанн ую. Кроме того, производственная
пыль подразделяется на «активн ую » (в с лучае присутствия в пылевых
частицах радиоактивных веществ) и «неактивн ую » (радиоактивные вещества
отсутствуют).
Действие пыли на организм зависит в основном от химического состава пыли, от
степени запыленности воздуха, от размеров и формы пылевых частиц.
Степень запыленности воздуха выражают в миллиграммах пыли на 1 м3 воздуха. В
чистом воздухе содержится меньше 1 мг пыли в 1 м3. При большой запыленности
содержание пыли в воздухе достигает сотен и даже тысяч миллиграммов в 1 м 3. Естественно,
что с увеличением запыленности действие пыли на организм усиливается.
Размер пылинок влияет на продолжительность пребывания их во взвешенном
состоянии в воздухе и на глубину проникновения в дыхательные пути. В зависимости от
размеров пылевые частицы подразделяются на видимые (>10 мкм), микроскопические (0,2510 мкм) и ультрамикроскопические (<0,25 мкм) и аэрозоли.
Крупные пылинки, имеющие в поперечнике больше 10 мкм, быстро, в течение
нескольких минут, выпадают из воздуха. Они задерживаются в верхних отделах
дыхательных путей и оказывают вредное воздействие на них. Обволакиваясь слизью,
задержавшиеся пылинки удаляются из верхних дыхательных путей при чихании и кашле.
Часть слизи заглатывается, и, если пыль ядовитая, она может проявить свои токсические
свойства, всосавшись через слизистую оболочку пищеварительного тракта. Альвеол легких
крупные пылинки почти не достигают. Пылинки размером менее 10 мкм могут часами
находиться в воздухе, не выпадая. Считают, что наибольшая роль в возникновении
пневмокониозов принадлежит пылинкам размером ниже 5 мкм, т.к. они способны
3
проникнуть в альвеолы легких. При дыхании через рот или при глубоком дыхании во время
выполнения тяжелой физической работы в легкие проникает больше пыли.
Крупные твердые пылевые частицы, имеющие в поперечнике более 10 мкм, при
наличии острых граней или зазубренных краев (стекло, кварц, железные опилки) могут
сильнее травмировать слизистую оболочку дыхательных путей и глаз, чем мягкие пылинки с
гладкими, тупыми краями (мел, уголь). Форма более мелких частиц не имеет значения.
Химический состав производственной пыли очень разнообразен и во многих случаях
именно он определяет характер вредного воздействия пыли.
Влияние пыли на организм очень многообразно. Даже индифферентная пыль, попадая в
глаза, оказывает раздражающее действие. К этому может присоединиться действие
микроорганизмов, в результате чего возникают конъюнктивиты. Индифферентная пыль,
закупоривая протоки потовых и сальных желез, нарушает потоотделение и играет
определенную роль в возникновении фолликулитов, угрей и гнойничковых заболеваний
кожи. Пыль, обладающая раздражающим действием, вызывает воспалительные заболевания
кожи и образование язв (пыль известковая, фтористого натрия, мышьяковая и др.).
При длительном воздействии индифферентной пыли на слизистые оболочки
дыхательных путей развиваются такие заболевания, как ринит, трахеит и бронхит, которые в
дальнейшем могут переходить в хронические формы, связанные с нарушением основной
функции легких – газообмен и кровообращение. Например, при хроническом бронхите
появляется
одышка,
недостаточность
сердечной
деятельности,
понижается
работоспособность.
Фтористая, хромовая, известковая и некоторые другие виды пыли, обладающие
раздражающим действием, могут вызывать изъявления слизистой оболочки носа, носовые
кровотечения и боли в носу.
Проникающая в легочные альвеолы пыль, распространяясь по лифматической сети в
легких, вызывает разрастание соединительной ткани, т.е. фибриоз легкого. В дальнейшем
соединительная ткань сморщивается, образуются рубцы, сдавливающие сосуды и мелкие
разветвления бронхиального дерева; отдельные участки легких спадаются.
Наиболее тяжелым видом пневмокониоза является силикоз, вызываемый вдыханием в
производственных условиях кварцевой пыли, содержащей свободный диоксид кремния
(рудники, шахты и др.). Вначале кварцевая пыль действует механически, а далее, по мере
растворения диоксида кремния, и химически. Силикоз часто осложняется туберкулезом
легких. Диоксид кремния растворяется очень медленно. Поэтому, даже после прекращения
работы силикоз может некоторое время прогрессировать за счет продолжающегося
растворения ранее отложившегося в легких диоксида кремния. При силикозе поражаются не
только легкие, но и другие органы. Силикоз развивается лишь после нескольких лет
вдыхания пыли.
При наличии в пылевых частицах радиоактивных веществ к перечисленным выше
поражающим факторам добавляется фактор воздействия на организм человека
радиоактивных излучений.
Кроме вредного влияния на здоровье человека, пыль ускоряет износ трущихся частей
оборудования; мелкая токопроводящая пыль, оседая в труднодоступных местах
электрооборудования, может нарушить электрическую изоляцию и приводить к короткому
замыканию.
Борьба с пылью и предупреждение заболеваний, связанных с воздействием пыли на
организм человека являются основными задачами, стоящими перед администрацией
предприятия при организации производства. В ряде производств можно освободиться от
пыли путем изменения технологии производства, например замена сухих способов работы
влажными – мокрое бурение в шахтах и рудниках, орошение отбитой руды или газопылевых облаков после взрыва. Во всех случаях процессы, связанные с образованием пыли
или транспортировкой пылящих материалов, должны быть по возможности механизированы.
Места пылеобразования максимально укрывают кожухами, соединенными с воздуховодами
4
вытяжной вентиляции. Большое количество пыли оседает на пол производственных
помещений. Регулярной уборкой помещения влажным способом можно предупредить
вторичное взвешивание пылевых частиц в воздухе помещений.
Если перечисленные мероприятия не дают нужного эффекта или неприменимы на
данном производстве, то приходится прибегать к мерам индивидуальной защиты. Для
защиты глаз применяют противопылевые очки; для защиты дыхательных путей – ватномарлевые повязки или противопылевые респираторы; для защиты кожи – противопылевые
комбинезоны.
Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны не должно превышать
установленных предельно допустимых концентраций (ПДК).
ПДК - это такие концентрации, которые при ежедневной (кроме выходных
дней) 8-часовой работе или при другой продолжительности рабочего дня, но
не более 40 часов в неделю в течение всего рабочего стажа не могут вызвать
заболеваний или отклонений состояния здоровья.
Для контроля за величиной запыленности атмосферы производственных помещений
необходимо, с одной стороны, знать содержание пыли в воздухе, с другой стороны, значения
ПДК. Величины ПДК для наиболее распространенных пылей приведены в табл. 1.
Таблица 1
Предельно допустимые концентрации пыли в воздухе
рабочей зоны производственных помещений
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Вещества
Пыль, содержащая
более 10% и до 70%
SiO2
Асбестовая пыль и
пыль смешанная,
содержащая 10%
асбеста
Пыль стеклянного и
минерального
волокна
Пыль барита, апатита,
фосфорита, цемента,
содержащая менее
10% SiO2
Пыль угольная (до
10% SiO2)
Пыль угольная (менее
2% SiO2)
Сплавы алюминия и
алюминий
Бериллий и его
соединения
Оксид ванадия (V2O5)
Оксиды железа (с
примесью фтористых
или марганцевых
соединений)
ПДК, мг/м3
№
Вещества
ПДК, мг/м3
2,0
11
Марганец и его оксиды
0,3
2,0
12
Молибден
(растворимые
соединения)
4,0
4,0
13
Молибден
(нерастворимые
соединения)
6,0
6,0
14
Никель и его оксиды
0,5
4,0
15
Свинец и его
соединения
0,01
10,0
16
Уран (естественный)
8,810-2
2,0
17
Торий (естественный)
7,510-3
0,001
18
0,1
4,0
5
19
Цирконий
металлический и его
соединения
Титан и его диоксид
10,0
20
Тантал и его оксиды
10,0
6,0
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПЫЛИ
Для исследования концентрации пыли и ее дисперсного состава применяют весовой,
счетный, фотометрический и радиометрический методы.
Весовой метод. При весовом методе определяется концентрация пыли, выраженная в
миллиграммах на 1 м3 (мг/м3). Этот метод считается основным.
Счетный метод. При счетном методе подсчитывается число пылевых частиц,
содержащихся в 1 см3 исследуемого воздуха, а также определяются их размеры под
микроскопом. Этот метод считается вспомогательным к весовому, он применяется чаще
всего в гигиенических исследованиях.
Фотометрический метод. С помощью фотопылемеров, приборов, принцип действия
которых основан на измерении фотометрическим способом изменения (ослабление)
интенсивности светового потока, проходящего через запыленный воздух, легко и быстро
определяют концентрацию пыли в воздухе. Этот метод сильно уступает в точности
измерения весовому методу.
Радиометрический метод. Принцип действия радиометрических приборов основан на
определении степени поглощения альфа-излучения отобранной на фильтр пробы. Но
погрешность измерений составляет 30%.
В пыльных цехах предприятий необходимо периодически проводить анализ
запыленности воздуха на рабочих местах для выявления состояния воздушной среды. Если в
результате этого будет установлено, что фактическая концентрация пыли превышает ПДК,
то проводится ряд мероприятий технологического, технического и санитарногигиенического порядка для создания на рабочих местах нормальных условий труда.
Рассмотрим более подробно весовой метод исследования запыленности воздуха в
рабочих помещениях.
ВЕСОВОЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАПЫЛЕННОСТИ ВОЗДУХА
Весовой метод основан на определении привеса пыли на фильтре, через который
просасывается определенный объем исследуемого воздуха.
Для проведения лабораторной работы необходимы следующие материалы, приборы и
оборудование:
- набор фильтров АФА - ВП-20, способных задерживать пыль;
- фильтродержатель (аллонж);
- резиновые трубки для соединения приборов (воздуховоды);
- часы с секундной стрелкой или секундомер;
- барометр-анероид;
- аналитические весы ВЛР-200;
- термометр;
- воздуходувка (пылесос или электроаспиратор);
- ротаметр;
- пылевая камера.
АФА-ВП-20 - аналитический фильтр аэрозольный изготовлен из гидрофобного
высокоэффективного нетканого фильтрующего материала (ткань Петрянова), применяется
для исследования запыленности воздуха, состоит из собственно фильтра и защитных
бумажных колец. Буква В означает, что фильтр пригоден для весового метода, а цифра 20
обозначает площадь круга фильтра (см2).
Фильтродержатель представляет из себя пластмассовый патрон с кольцом на резьбе для
зажима фильтров. Ротаметр – устройство, предназначенное для измерения объемного
расхода воздуха и газов (при условии индивидуальной градуировки на данном газе).
Схема лабораторной экспериментальной установки для определения запыленности
воздуха показана на рис. 2:
6
Таблица 2.
Калибровочные данные ротаметра
Отметка
шкалы
Расход
воздуха,
л/ч
0
20
40
60
80
100
80,8
194
310
426
564
697
40
60
Расход воздуха (л/ч)
800
600
400
200
0
0
20
80
100
Отметка шкалы
Рис. 1. График определения расхода по воздуху (газу)
Рис. 2. Схема лабораторной экспериментальной установки
для определения запыленности воздуха
1 – фильтр; 2 - верхняя крышка фильтра; 3 - фильтрующий элемент; 4 - нижняя часть
фильтра; 5 - штатив с держателем; 6 – ротаметр; 7 - штатив с держателем; 8 соединительная трубка; 9 – пылесос; 10 - пылевая камера; 11- винтовой зажим
7
Концентрация пыли в воздухе определяется по формуле:
,
(1)
где: m1 - вес фильтра до отбора пробы, мг;
m2 - вес фильтра после отбора пробы, мг;
V0 - объем воздуха, прошедшего через фильтр, м3. Этот объем предварительно
необходимо привести к нормальным условиям (т.е. к объему, который он занимал бы при
температуре 0оС и нормальном атмосферном давлении, равном 101325 Па или 760 мм.рт.ст.)
по формуле:
 273  P1
V 
 
 273  t  PN
V0 
,
1000
(2)
где 273 - абсолютная температура, К; t - температура воздуха, °С; P1 - фактическое
барометрическое давление в момент отбора пробы, Па (мм.рт.ст.); PN - нормальное
атмосферное давление, равное 101325 Па (760 мм.рт.ст.); V – объем воздуха, прошедшего за
заданное время при стандартных условиях, л; 1000 - коэффициент перевода литров в
кубические метры (1 м3=1000 л).
V – объем воздуха при стандартных условиях, входящий в формулу 2, может быть
найден с использованием ротаметра, прокалиброванного по расходу воздуха (л/ч). Так как
калибровка ротаметра верна только для условий, соответствующих его калибровке, обычно
указанных на шкале, а при любых других условиях шкала неверна, то ею пользоваться
можно только после соответствующего пересчета. Для этого следует использовать
следующую формулу:
 273  T2  P1
  ,
V  Vt  
273

T

1  P2
(3)
где Vt – объем воздуха, найденный из графика определения расхода по воздуху (рис.1);
T1 – температура в момент калибровки ротаметра;
P1 – барометрическое давление в момент калибровки ротаметра;
T2 – температура в момент прокачки воздуха, °С;
P2 – барометрическое давление в момент прокачки воздуха, Па.
Калибровочные данные ротаметра приведены в табл. 2. Заданные преподавателем
параметры опыта и значение объема воздуха, найденного с использованием калибровочной
прямой (рис.1) записать в таблицу 3.
Таблица 3.
Определение расхода (л/ч)
Среда
Давление
(P1),
мм.рт.ст.
Температура
(T1), 0C
Воздух
747,1
22,4
Давление
(P2),
мм.рт.ст.
Температура
(T2), 0C
Деление
шкалы
Время
опыта,
мин
Найденное значение V - скорость отбора пробы, л/мин занести в таблицу 3.
8
Vt
л
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
1. Проверить наличие защитного заземления на установке (при отсутствии его
установку заземлить).
2. На аналитических весах взвесить фильтр, записать в таблицу массу фильтра, вставить
фильтр в фильтродержатель.
3. Собрать все элементы в единую схему: пылевая камера - фильтродержатель резиновая трубка – ротаметр – резиновая трубка - воздуходувка.
4. Включить в работу воздуходувку (пылесос) и секундомер.
5. Зафиксировать начало отбора пробы. Во время отбора по ротаметру необходимо
следить за скоростью просасывания и при необходимости подрегулировать ее вентилем
6. По окончанию отбора пробы выключить воздуходувку и секундомер. Осторожно
вынуть фильтр из фильтродержателя и взвесить его на тех же весах. Все параметры записать
в таблицу 3:
Таблица 3
Результаты наблюдений
№
опыта
V,
л
V0,
м3
Вес фильтра, мг
До
После
продувки
продувки
Привес фильтра,
мг
Запыленность
воздуха, мг/м3
7. Вычисление объема воздуха в нормальных условиях и концентрации пыли
произвести, используя формулы 1 и 2.
8. Сделать вывод о степени запыленности воздуха, сравнив со значениями ПДК
представленными в табл.1.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. Классификация пыли, ее свойства.
2. Что такое ПДК?
3. Как пыль влияет на организм человека и на производственное оборудование?
4. Какие методы исследования запыленности воздуха вы знаете?
5. Что значит нормальные условия для определения запыленности воздуха?
6. Что значит стандартные условия для определения запыленности воздуха?
7. Для чего используется ротаметр?
8. Перечислите методы определения запыленности воздуха.
9. В чем заключается весовой метод определения пыли?
10. Какую опасность несет пыль?
11. Какие меры и средства защиты от пыли вы знаете?
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
Шашкин Б.Ф., Брус И.Д., Тураев Н.С. Учебно-методическое пособие
«Определение запыленности воздуха производственных помещений весовым
методом». – Томск: ТПУ. 1999. 4с.
Макаров Г.В., Васин А.Я., Маринина Л.К., Софинский П.И., Старобинский
В.А., Торопов Н.И. Охрана труда в химической промышленности.- М.: Химия.
1989. С. 61-52.
9
3.
4.
5.
6.
7.
Алексеев С.В., Усенко В.Р. Гигиена труда. М.: Медицина. 1988. С. 176-191.
Под. ред. Злобинского Б.М.. Безопасность труда на производстве.
Исследования и испытания.- М.: Металлургия. 1976. С. 14-18.
Под ред. Израэльсона З.И., Тарасенко Н.Ю. Руководство к лабораторным
занятиям по гигиене труда. - М.: Медицина. 1981. С. 118-130.
Долин П.А. Справочник по технике безопасности. - М.: Энергоатомиздат. 1984.
С. 507.
Белов С.В., Ильницкая А.В., Козьяков А.Ф. и др. Безопасность
жизнедеятельности. - М.: Высш. школа. 1999. 448 с.
10
11